Pinzas ópticas

El atrapamiento óptico es un fenómeno que se basa en un concepto tan simple como la conservación de la cantidad de movimiento apoyado sobre uno tan complejo como la relatividad, aunque de este último solo diré la mínima afirmación necesaria para este caso en pro de nuestra salud mental: los fotones tienen cantidad de movimiento.

En verdad esto de las pinzas ópticas se parece mucho a algo tan cotidiano como el billar, dos bolas chocan, cada una sale en una dirección, siempre para mantener la cantidad de movimiento (representado como p):

En un haz láser ocurre algo muy similar, si hay una partícula dentro del haz, a ésta le van a llegar una serie de fotones. Los fotones no van a chocar sin más como las bolas de billar, los fotones de luz entran dentro de la partícula y sufren lo que se conoce como refracción, es decir, cambian de dirección cuando la luz pasa de un material a otro.  Además, un haz láser, generalmente tiene un perfil de intensidad gaussiano, es decir, cuanto más cerca del centro del haz, es mucho más intenso, por eso, un fotón del centro del haz va a tener más cantidad de movimiento que uno de la parte externa (la realidad es que los fotones son iguales, pero en el centro hay muchos más, por lo que permitidme el lujo de tomar la suma de muchos iguales como uno “más grande”).

Por este motivo, y siendo muy drásticos, si nos ponemos en el ejemplo sencillo en el que se desprecia el fotón B, estaríamos en un caso equivalente al de las bolas de billar, por lo que, para mantener la cantidad de movimiento, la partícula se desplazará hacia el centro del haz, quedando así atrapada.

Éste es el caso más sencillo de atrapamiento óptico, pero hay una gran variedad de métodos más sofisticados que no solo permiten atrapar si no que permite mover partículas, bacterias, virus, etc. a placer.

Aquí os dejo un ejemplo de un trabajo en el que manipulan orgánulos de una célula viva:

Optical trapping and surgery of living yeast cells using a single laser: Review of Scientific Instruments 79, 103705 (2008); https://doi.org/10.1063/1.2999542

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